[发明专利]一种磁驱动形状记忆材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种磁驱动形状记忆材料及其制备方法和应用，其通过以下方法制备得到：（a）将形状记忆聚合物颗粒与溶剂混合均匀，得到形状记忆聚合物溶液；（b）将磁颗粒加入到形状记忆聚合物溶液中，并混合均匀，得到具有磁颗粒的形状记忆聚合物溶液；（c）在所述具有磁颗粒的形状记忆聚合物溶液中加入纳米二氧化硅，混合均匀即得所述磁驱动形状记忆材料。本发明提供了一种高可伸缩的三维点阵结构的磁驱动形状基聚合物，其具有高可拉伸性，能够进行3D打印，且制备方法简便，易于大规模推广应用。

技术领域

本发明涉及三维点阵结构的机械超材料技术领域，具体地说是涉及一种磁驱动形状记忆材料及其制备方法和应用。

背景技术

具有三维自由结构和高可拉伸性的软材料在许多工程应用中都是非常理想的，从缓冲调制器、软机器人到可拉伸电子产品，然而，制造过程和基本机制在很大程度上都是难以捉摸的。通过增材制造技术、投影微立体光刻技术及其后处理，实现了由高可拉伸弹性体制成的微结构超材料。与现有工程材料的模量幂律形成鲜明对比。在大应变压缩下，它们呈现可调谐的负刚度，从而实现超高的能量吸收效率。为了利用其非凡的可拉伸性和微结构。

形状记忆聚合物（Shape Memory Polymers）是一种新型的智能材料。可以在可编程温度下受外力作用发生形状改变。由于其具有密度小、成本低、生物相容性好等优点，形状记忆聚合物被广泛应用于航空航天、生物医疗、服装制造和电子仪器等领域。但形状记忆聚合物固有的材料缺陷也限制了其在其它领域的发展和应用。为了改善形状记忆聚合物材料的力学性能，近年来国内外研究人员更多地关注对形状记忆聚合物复合材料及复合结构的研究。

形状基聚合物的形状记忆机理如下：在整个形状记忆过程中，当温度高于材料的玻璃化转变温度时，分子链段被激活，可逆相从玻璃态转变为橡胶态，此时施加荷载，则可以使其发生较大的变形。在此基础上，保持荷载不变，将温度骤降至玻璃化转变温度以下，可逆相则从橡胶态转变为玻璃态，内部高分子单元就被固定了。卸掉荷载，高分子因为分子链段间的交联作用而使变形形状被固定下来。所以，当温度再次升高时，可逆相重新转变为橡胶态，高分子三维结构再次激活，内部固结应力逐渐被释放，聚合物材料变形逐渐恢复，最终恢复到初始形态，实现形状记忆功能。

磁致型形状记忆聚合物就是加入磁性粒子使其带有磁性的聚合物，其原理是该材料中的具有磁性的颗粒在外界磁场、电磁场的驱动下，其内部颗粒会根据外界磁场条件的变化而运动，在运动过程中，颗粒之间发生碰撞产生热量，当温度升高至形状记忆聚合物的玻璃化转变温度时，材料形状发生恢复。专利申请号为：202110246270.0的发明专利《一种热适性形状记忆聚合物的形状记忆恢复方法》，公开了一种热适性形状记忆聚合物的形状记忆恢复方法，只是实现了在加热刺激（高于玻璃化转变温度）条件下的自展开/自折叠功能，提高了形状记忆聚合物的适用范围，但是并未有通过磁效应控制其形变。专利申请号为：201510623550.3的发明专利《一种具有形状记忆效应的转印方法》是利用含磁性纳米颗粒的形状记忆聚合物、功能单元和表面具有凹陷微结构的模具，通过对所述形状记忆聚合物施加均压和施加射频电场等步骤，可实现选择性地将功能单元转印到柔性基体上，属于工程材料、柔性电子制备及力学实验设备技术领域。其并未提及兼具磁性颗粒和高拉伸强度的形状记忆聚合物体系及其制备工艺与应用。目前常规的含有磁颗粒的形状基聚合物制备方法工艺复杂，产品质量不容易控制，拉伸强度较低，且难以应用于3D打印，因此，迫切需要开发新型含有磁颗粒的形状基聚合物材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁驱动形状记忆材料及其制备方法和应用，以解决现有材料制备工艺复杂，拉伸强度不理想，难以制作高拉伸性能的三维点阵结构的问题。

本发明技术方案为：一种磁驱动形状记忆材料，其通过以下方法制备得到：

（a）将形状记忆聚合物颗粒与溶剂混合均匀，得到形状记忆聚合物溶液；

（b）将磁颗粒加入到形状记忆聚合物溶液中，并混合均匀，得到具有磁颗粒的形状记忆聚合物溶液；